烷烴類拋射劑質量研究

靳貴英

[摘要]目的建立丙烷、丁烷、異丁烷等烷烴類拋射劑的質量標準研究方法。方法利用紅外、露點儀及氣相色譜法分別進行拋射劑的理化鑒別及含量測定。含量測定通過氣體進樣閥進樣，檢測器為氫火焰離子化檢測器，采用面積歸一化法。結果丙烷、丁烷和異丁烷存在特征紅外吸收峰；每1毫升中含高沸點殘留物分別為3.6、6.9和5.0μg；含量分別為99.6%、99.9%和99.9%。結論所擬定的方法可用于烷烴類拋射劑的質量研究。

[關鍵詞]拋射劑；丙烷；丁烷；異丁烷

[中圖分類號]R943 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-0616（2016）05-50-04

丙烷、丁烷和異丁烷均為無色、易燃易爆的氣體，加壓后均可呈液態，它們被廣泛的用于燃料、化工原料、半導體工業；在醫藥行業則多用于氣霧劑中的拋射劑、制冷劑和溶劑等。丙烷可由天然氣經分子篩除去可能存在的大部分不飽和化合物純化而得，通常是經分餾而得。丁烷和異丁烷主要存在于油田氣、濕天然氣和裂化氣中，在除去大部分不飽和化合物后，經分餾而得。異丁烷作為氣霧劑的拋射劑，使用濃度范圍一般為5%-95%。在泡沫氣霧劑中一般用約4%～5%的異丁烷（84.1%）和丙烷（15.9%）組成碳氫化合物拋射劑。而噴霧劑所用的拋射劑濃度為5%或更高些。隨著氣霧劑產品中氯氟化碳類物質（氟里昂）使用的全面禁止，各類烷烴等新型綠色替代原料逐漸引起了人們的注意。新型替代原料性能優越、使用安全，對保護臭氧層、改善人類生態環境有著劃時代的意義。丙烷、丁烷和異丁烷的質量標準在英國藥典、歐洲藥典、日本藥典和中國藥典2010版等藥典中均未有收載，但在美國藥典USP36-NF31中有收載。

本研究采用紅外、露點儀和氣相色譜等多種方法對丙烷、丁烷和異丁烷的理化性質及含量測定進行了研究，以期能在拋射劑質量控制及標準擬定上起到一定的推動作用。

1材料與方法

1.1儀器與試劑

安捷倫Agilent 7890氣相色譜儀，氫火焰離子化檢測器（FID），氣體進樣六通閥；布魯克Bluke紅外測試儀，配備氣體檢測池；英國肖氏SHAW公司生產的自動露點儀；定制的雙閥型不銹鋼液化石油氣采樣器。

丙烷、丁烷和異丁烷樣品全部購自肇慶市高能達化工有限公司。

1.2高沸點殘留物

將不銹鋼采樣器用本品潤洗干凈后，取本品1000mL，小心打開閥門，使樣品揮干，用正己烷洗滌采樣器兩次，每次50mL，將洗液合并至已恒重的蒸發皿中，水浴蒸干；另取正己烷100mL至另一已恒重的蒸發皿中，水浴蒸干。將兩蒸發皿于105℃干燥至恒重，兩蒸發皿中殘留物重量的差值即為高沸點殘留物的量。

1.3氣相色譜條件

色譜柱推薦使用氧化鋁為固定相的毛細管柱，如PLOT-A1203 S型柱（或極性相近的柱子）；實驗選擇了極性相近的PLOT-Q石英毛細管色譜柱（30m×0.53mm，40μm），升溫程序如下：初始溫度80℃，維持2min，然后以每分鐘5℃的速率升溫至140℃，維持5min；進樣口溫度為250℃；檢測器溫度為250℃。

1.4氣相色譜實驗方法

取裝有樣品的不銹鋼瓶，連接減壓閥，用少許膠管與不銹鋼管和氣體進樣閥相連接，打開樣品不銹鋼瓶減壓閥，清洗管道和閥門，調節進樣閥后的氣流約為載氣的流速，進樣，記錄色譜圖。按面積歸一化法計算，即得。

2結果與討論

2.1紅外

根據樣品的結構特征可知，碳氫—CH在2962cm^-1處存在伸縮振動，在1465cm^-1及1380cm^-1處存在彎曲振動。圖1分別為丙烷、丁烷和異丁烷的紅外光譜圖。由此可以看出：丙烷的紅外光吸收圖譜主要在（2962±10）cm^-1，（1465±10）cm^-1及（1380±10cm）^-1波數處有特征吸收（圖1A）；丁烷的紅外光吸收圖譜主要在（2962±10）cm～，（1465±10）cm^-1（1380±10）cm^-1及（960±10）cm^-1波數處有特征吸收（圖1B）；而異丁烷的紅外光吸收圖譜主要在（2962±10）cm^-1，（1465±10）cm^-1、（1380±10）cm^-1、（1175±10）cm^-1和（919±10）cm^-1波數處有特征吸收（圖1C）。

2.2高沸點殘留物

由前述可知，烷烴的制備主要是通過處理天然氣或精煉原油而得到的，所以在其生產工藝中會引入其他高沸點物質，高沸點殘留物項目的設置可用于烷烴的質量控制。實驗采用雙閥型不銹鋼液化石油氣采樣器取樣，取樣后將其揮干，測定殘留物。上圖2為液化石油氣采樣器示意圖。圖3為1000mL容量雙閥型不銹鋼液化石油氣采樣器圖片。

按照實驗2.2方法操作，使用連接管路將取樣器和樣品罐連接即可，注意取樣時，需將采樣器和連接管路用樣品進行沖洗，以避免引入外來雜質。丙烷、丁烷和異丁烷三者的高沸點殘留物分別為3.6、6.9和5.0μg/mL。這里需要指明的是，美國藥典中使用的溶劑為低沸點的戊烷（沸點為36℃），實驗將其替換為更易操作且安全性更高的正己烷。此外，為了控制樣品中的酸性物質，可以用甲基橙指示液對高沸點殘留物的酸度進行測試，結果樣品均沒有呈現紅色。

2.3水分

為防止原料氣中的水分帶入產品，影響產品質量，以及銹蝕儲存罐和傳輸管道。需要對該類樣品中的水分進行嚴格的控制。美歐等發達國家測試氣體中水分的實驗，常常采用氣體檢測管法。國標中對氣體檢測管的定義為“氣體檢測管為填充涂有化學試劑的載體（以上兩者合稱指示粉）的透明管子，利用指示粉在化學反應中產生的顏色變化測定氣體的濃度或種類”。歐洲藥典中對氣體檢測管的定義更加詳細，認為“氣體檢測管是一種兩端熔封的圓柱形透明管，內含吸附于惰性填充劑上顯色明顯的一種或多種指示劑，可用來檢測一種或多種氣體，必要時還含有用來消除干擾物質的預處理層或過濾器。使用時將管兩端割斷，讓規定體積的氣體通過檢測管，利用指示劑顯色的長度或者顏色變化的強度，測定氣體種類或濃度”。